最近，一個(gè)叫“固態(tài)電池”的詞匯在科技和汽車領(lǐng)域里越來越響亮，很多人都在討論它，說它將徹底改變我們使用電動(dòng)車和手機(jī)的方式。
那么，這到底是個(gè)什么技術(shù)？
它真的能讓電動(dòng)車的續(xù)航里程翻倍，讓我們徹底告別電量焦慮嗎？
這背后又有哪些我們普通人需要了解的現(xiàn)實(shí)情況？
首先，我們得從我們現(xiàn)在每天都在用的電池說起。
無論是我們的手機(jī)，還是路面上跑的電動(dòng)汽車，它們內(nèi)部的核心部件——鋰電池，工作原理都差不多。
我們可以把它想象成一個(gè)微型的能量倉庫，里面有兩個(gè)主要的電極，一個(gè)叫正極，一個(gè)叫負(fù)極，中間隔著一層薄膜，并且整個(gè)倉庫都浸泡在一種特殊的液體里，這種液體叫做“電解液”。
充電的時(shí)候，能量以鋰離子的形式，從正極穿過這層液體，跑到負(fù)極儲存起來；用電的時(shí)候，這些鋰離子再從負(fù)極跑回正極，釋放出能量。
問題恰恰就出在這片“液體”上。
這種電解液是化學(xué)合成的有機(jī)物，它本身具有一定的可燃性，而且是液態(tài)的，就有泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。
如果電池因?yàn)閯×遗鲎?、過度充電或者內(nèi)部短路導(dǎo)致溫度急劇升高，這片液體就可能成為安全隱患的源頭，這也是為什么我們偶爾會看到有關(guān)電池起火的新聞。
而固態(tài)電池，顧名思義，它進(jìn)行了一項(xiàng)根本性的革新：它把那片有風(fēng)險(xiǎn)的液態(tài)電解液，換成了一種固態(tài)的材料，這片材料就叫“固態(tài)電解質(zhì)”。
這看似只是一個(gè)“液”到“固”的轉(zhuǎn)變，帶來的好處卻是巨大的。
最直接的一點(diǎn)，就是安全性的大幅提升。
固態(tài)電解質(zhì)通常是陶瓷或者高分子聚合物之類的材料，它們本身就不可燃，結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，不會像液體一樣流動(dòng)和泄漏。
這就從根源上大大降低了電池因?yàn)閮?nèi)部短路而引發(fā)熱失控、甚至起火爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。
打個(gè)比方，這就好比把一個(gè)裝著汽油的塑料桶，換成了一塊堅(jiān)固的花崗巖，任憑你怎么擠壓、穿刺，它發(fā)生危險(xiǎn)的可能性都微乎其微。
對于每天駕駛車輛出行的家庭來說，這種內(nèi)在的安全性無疑是最重要的保障。
當(dāng)然，如果僅僅是更安全，固態(tài)電池還不足以引起如此大的轟動(dòng)。
它另一個(gè)顛覆性的優(yōu)勢，在于能夠極大地提升能量密度。
所謂能量密度，通俗地講，就是在同樣重量或同樣體積的電池里，能儲存多少電量。
為什么換成固態(tài)就能儲存更多電呢？
因?yàn)楣虘B(tài)電解質(zhì)的結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定、更堅(jiān)固，它允許科學(xué)家們使用一些能量潛力更大、但過去因?yàn)樘顫姸桓矣玫碾姌O材料，其中最具代表性的就是“金屬鋰負(fù)極”。
我們現(xiàn)在的電池負(fù)極大多用的是石墨材料，它像一塊海綿，把鋰離子吸附進(jìn)去，本身占了不少“死重”。
而金屬鋰負(fù)極，就是用純鋰片來做，省去了石墨這個(gè)中間結(jié)構(gòu)，單位重量能儲存的能量自然就高得多。
根據(jù)目前實(shí)驗(yàn)室的數(shù)據(jù)和理論預(yù)測，全固態(tài)電池的能量密度有望達(dá)到每公斤400到500瓦時(shí)，這個(gè)數(shù)字是目前主流高性能鋰電池的一倍以上。
這意味著，如果未來我們的電動(dòng)車換上了同樣重量的固態(tài)電池，續(xù)航里程從現(xiàn)在的五六百公里，輕松突破一千公里將不再是遙不可及的夢想。
長途自駕，跨省旅行，將不再需要提前規(guī)劃充電路線，續(xù)航焦慮也將成為歷史。
聽到這里，很多人可能會覺得非常振奮，但現(xiàn)實(shí)世界的技術(shù)發(fā)展總是一步一個(gè)腳印的。
固態(tài)電池雖然前景無限美好，但從實(shí)驗(yàn)室走向大規(guī)模市場應(yīng)用，還面臨著幾道非常棘手的技術(shù)和成本難關(guān)。
首先是技術(shù)工藝上的挑戰(zhàn)。
液體電解液可以完美地浸潤和包裹電極，保證鋰離子順暢通行。
而換成固態(tài)之后，兩個(gè)固體表面要實(shí)現(xiàn)完美的、無縫的接觸，難度極高。
任何微小的縫隙都會導(dǎo)致電阻急劇增大，影響電池的充電和放電效率。
同時(shí)，在使用能量密度更高的金屬鋰負(fù)極時(shí)，還會出現(xiàn)一個(gè)叫“鋰枝晶”的難題。
在反復(fù)充放電過程中，鋰金屬可能會在負(fù)極表面生長出針狀的結(jié)晶，像微小的竹筍一樣，不斷生長，最終有可能刺穿堅(jiān)固的固態(tài)電解質(zhì)，造成電池內(nèi)部短路，導(dǎo)致電池失效。
如何讓兩個(gè)固體緊密貼合，并且抑制“鋰枝晶”的生長，是全世界科學(xué)家們正在全力攻克的難題。
其次，就是成本問題。
目前，能夠滿足性能要求的固態(tài)電解質(zhì)材料，其制備成本遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的液態(tài)電解液，有的甚至高出數(shù)十倍。
而且，生產(chǎn)固態(tài)電池需要全新的設(shè)備和生產(chǎn)線，這對于電池制造商和汽車企業(yè)來說，是一筆巨大的前期投資。
這些高昂的成本，在技術(shù)成熟的初期，不可避免地會轉(zhuǎn)移到最終的消費(fèi)品上。
如果一輛搭載固態(tài)電池的電動(dòng)車比同級別的普通電動(dòng)車貴上十萬甚至更多，市場的接受度就會成為一個(gè)現(xiàn)實(shí)的問題。
正因?yàn)橐徊降轿粚?shí)現(xiàn)“全固態(tài)”的難度巨大，目前整個(gè)行業(yè)采取了一種更為務(wù)實(shí)和漸進(jìn)的策略，那就是先推出“半固態(tài)電池”。
這種電池可以理解為一種過渡方案，它依然以固態(tài)電解質(zhì)為主體框架，但在其中混入少量液態(tài)電解液，起到“潤濕”界面的作用，從而在一定程度上解決了固-固接觸不良的問題。
這樣做，雖然性能上比不上最終的“全固態(tài)”，但相比傳統(tǒng)液態(tài)電池，在安全性和能量密度上已經(jīng)有了顯著的提升。
值得驕傲的是，在這一領(lǐng)域，中國的企業(yè)已經(jīng)走在了世界前列。
例如，國內(nèi)一些新能源汽車品牌已經(jīng)開始在其高端車型上搭載能量密度極高的半固態(tài)電池包，并實(shí)現(xiàn)了超過一千公里的實(shí)測續(xù)航，這標(biāo)志著固態(tài)電池技術(shù)已經(jīng)從概念階段，真正開始走入我們的生活。
包括寧德時(shí)代、比亞迪在內(nèi)的行業(yè)巨頭也都在積極布局，推動(dòng)相關(guān)技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。
總的來看，固態(tài)電池?zé)o疑是未來能源存儲技術(shù)發(fā)展的正確方向，它為我們描繪了一個(gè)更安全、更高效、更持久的用電未來。
但我們也需要理性地認(rèn)識到，任何一項(xiàng)顛覆性技術(shù)的成熟和普及，都需要經(jīng)歷漫長的研發(fā)、驗(yàn)證和成本優(yōu)化的過程。
在未來幾年里，我們將首先看到半固態(tài)電池越來越多地出現(xiàn)在市場上，為我們帶來更好的使用體驗(yàn)。
而真正意義上的全固態(tài)電池，或許要等到2027年以后才會開始小規(guī)模地應(yīng)用，到2030年左右，隨著技術(shù)的不斷突破和產(chǎn)業(yè)鏈的成熟，才有可能成為市場的主流。
這場關(guān)于電池的革命正在發(fā)生，它需要時(shí)間，更需要耐心。
